一种提高晶圆间键合强度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种提高晶圆间键合强度的方法。
【背景技术】
[0002] 氧化娃融合键合（Fusion Bonding)技术被普遍应用于互补式金属氧化娃影像 感测器（CMOS image sensor，CIS)及微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems， MEMS)的3D封装制程中，其基本原理是通过Si-O键实现两片晶圆的互连。如图I所示 为键合界面的放大示意图。由于热氧氧化氧化硅的致密性比等离子体增强沉积氧化硅 (PE-TEOS)层的致密性更高，Si-O键的数量更多，因此键合强度更大，更适合作为键合的介 质。
[0003] 对于晶圆背后感光技术（Backside Illumination, BSI)来说，支撑晶圆是裸娃系， 介质使用的是热氧氧化氧化硅，其键合强度好；而器件晶圆由于是采用的CMOS-PST制程， 故最多可承受的温度是400°C，因此器件晶圆经常使用PE-TEOS作为键合的介质。
[0004] 而现有技术存在的问题主要集中在支撑晶圆上。图2示出了现有技术一种实现 BSI氧化硅融合键合的工艺步骤，具体为：在步骤201中，提供器件晶圆和支撑晶圆，在支撑 晶圆上形成对准标记。所述器件晶圆的键合面已经形成有PE-TEOS层。在支撑晶圆上形 成对准标记，以为后续晶圆键合工艺中支撑晶圆（晶圆背面）和器件晶圆（晶圆正面）进行对 准。在步骤202中，在支撑晶圆表面形成氧化硅层。所述氧化硅层可以选用热氧氧化氧化 硅层或者等离子体沉积氧化硅（PE-TEOS)层，作为一个实例，热氧化生长氧化硅的温度为 1KKTC，时间为2h。在步骤203中，进行等离子体活化步骤，以提高键合强度。在步骤204 中，对支撑晶圆进行去离子水浸润清洗，清洗后进行旋干。在步骤205中，进行氧化硅融合 键合工艺，以将所述器件晶圆和所述支撑晶圆互连。如图3A所示为现有技术实施例一器件 晶圆和支撑晶圆键合示意图，支撑晶圆302a和器件晶圆300a上均形成有对准标记，两个 标记构成氧化娃融合键合工艺的定位标记（Align Mark) 305a，器件晶圆300a表面沉积有 PE-TEOS层301a，支撑晶圆302a键合面形成有热氧氧化氧化硅层303a，器件晶圆（正面)和 支撑晶圆（背面）相结合，通过PE-TEOS层与热氧氧化氧化硅层实现互连。在支撑晶圆内形 成对准标记后，由于采用高温热氧化方式在支撑晶圆表面形成氧化硅层，会导致对准标记 的尺寸收缩和产生圆角，另外热氧氧化氧化硅层没有填孔能力，会导致对准标记处有空穴 304a的存在。以上问题的存在均会导致晶圆间键合力变弱。
[0005] 如图3B所不为现有技术实施例二器件晶圆和支撑晶圆键合不意图，由图可以看 出器件晶圆300b表面沉积有PE-TEOS层301b，支撑晶圆302b键合面形成有PE-TEOS层 303b，器件晶圆（正面）和支撑晶圆（背面）相结合，通过Si-O键实现互连。然而，通过等离 子沉积获得的PE-TEOS氧化硅层较为松散，硅原子密度低，从而导致氧化硅融合键合后的 Si-O键数量有限，影响晶圆间的结合力，使得执行后续制程背部研磨步骤时，TEOS氧化硅 融合键合界面层发生严重剥离。
[0006] 因此，急需一种新的制造方法，以克服现有技术中的不足。
【发明内容】
[0007] 在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进 一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0008] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例一提出了一种提高晶圆间键合强 度的方法，包括：提供器件晶圆和支撑晶圆；在所述支撑晶圆上形成对准标记；在所述支撑 晶圆表面上形成等离子沉积氧化硅层；执行化学机械抛光平坦化步骤；执行热氧化步骤， 以在所述支撑晶圆表面形成热氧氧化氧化硅层；执行氧化硅融合键合步骤。
[0009] 可选地，所述等离子沉积氧化硅层厚度为1000~I ooooA。
[0010] 可选地，所述热氧氧化氧化硅层厚度为50~3000 A。
[0011] 本发明实施例二提供另一种提高晶圆间键合强度的方法，包括：提供器件晶圆和 支撑晶圆；在所述支撑晶圆上形成对准标记；在所述支撑晶圆表面依次形成热氧氧化氧化 硅层和等离子沉积氧化硅层；执行化学机械抛光平坦化步骤去除等离子沉积氧化硅层；执 行氧化硅融合键合步骤。
[0012] 可选地，所述热氧氧化氧化硅层厚度为50~3000 A。
[0013] 可选地，所述等离子沉积氧化硅层厚度为30()()~8000A。
[0014] 可选地，在执行所述氧化硅融合键合步骤后还包括退火处理的步骤。
[0015] 可选地，所述退火处理温度为200~500°C，退火时间为1~3h。
[0016] 实现本发明实施例一和实施例二，进一步还包括下列步骤及参数：
[0017] 进一步，所述氧化硅融合键合步骤的参数为：施加的键合压力为1~10N，键合时 间为10~60s，温度为10~50°C。
[0018] 进一步，在执行所述氧化硅融合键合工艺之前还包括依次执行等离子活化和湿法 清洗及旋干的步骤。
[0019] 进一步，所述等离子活化步骤采用氮气为气体源，功率为100~600W，活化时间为 10 ~60s。
[0020] 进一步，所述湿法清洗及旋干步骤采用去离子水清洗，所述旋干步骤转速为 1000 ~3500rpm，时间为 1 ~5min。
[0021] 综上所示，根据本发明的制造工艺，能有效避免定位标识的损伤以及支撑晶圆上 对准标记内填充空穴的产生，实现等离子沉积氧化硅层与热氧氧化氧化硅层的键合，可显 著提高键合强度。
【附图说明】
[0022] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0023] 附图中：
[0024] 图1为键合界面的局部放大示意图；
[0025] 图2为现有技术BSI氧化硅融合键合工艺依次实施步骤的流程图；
[0026] 图3A为现有技术实施例一氧化硅融合键合步骤示意图；
[0027] 图3B为现有技术实施例二氧化硅融合键合步骤示意图；
[0028] 图4为根据本发明实施例一的方法依次实施步骤的流程图；
[0029] 图5为本发明实施例一氧化硅融合键合步骤的示意图；
[0030] 图6A-6C为本发明实施例二的方法依次实施的示意图；
[0031] 图7为本发明实施例二的方法依次实施步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0032] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
[0033] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出 的制造工艺。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本 发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施 方式。
[0034] 应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包括"时，其指明存在所 述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整 体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0035] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便 阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述 外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0036] 实施例一
[0037] 下面参考图4,对本发明实施例一进行详细描述，以下为具体步骤：
[0038] 首先，执行步骤401，提供器件晶圆和支撑晶圆，在支撑晶圆上形成对准标记。
[0039] 所述支撑晶圆为硅晶圆，起支撑作用。所述器件晶圆是由半导体衬底和器件组成， 半导体衬底的材料是单晶硅，也可以是绝缘体上的硅或者应力硅等其他衬底。所述器件是 由若干个金属-氧化硅-半导体场效应晶体管（MOSFETs)以及电容、电阻等其他器件通过 合金互联形成的集成电路，也可以是其他集成电路领域内常见的半导体器件，例如双极器 件或者功率器件等。
[0040] 在支撑晶圆上形成对准标记，以为后续晶圆键合工艺中支撑晶圆（晶圆背面）和器 件晶圆（晶圆正面）进行对准。对准标记的形成技术为现有技术，在此不做赘述。
[0041] 接着，执行步骤402,在支撑晶圆表面形成等离子沉积氧化硅层。
[0042] 所述等离子沉积氧化硅层材料为由等离子体增强型化学气相沉积工艺制备的 TEOS (PE-TEOS)或者高密度等离子体增强型化学气相沉积工艺制备的氧化硅层（HDP)，优 选为PE-TE0S